Czasami dwa są lepsze niż jeden. Jednym z takich przypadków jest łączenie technologii energii słonecznej i magazynowania. Powód: energia słoneczna nie zawsze jest wytwarzana w momencie, gdy jest ona najbardziej potrzebna. Szczytowe zużycie energii często występuje letnie popołudnia i wieczory gdy spada produkcja energii słonecznej. W tych porach temperatury mogą być najwyższe, a ludzie pracujący w ciągu dnia wracają do domu i zaczynają korzystać z energii elektrycznej do chłodzenia swoich domów, gotowania i uruchamiania urządzeń.
Magazynowanie pomaga energii słonecznej przyczyniać się do dostaw energii elektrycznej, nawet gdy słońce nie świeci. Może również pomóc w złagodzeniu różnic w przepływie energii słonecznej w sieci. Różnice te można przypisać zmianom w ilości światła słonecznego, które na nie wpada fotowoltaika panele (PV) lub koncentracja energii słonecznej i cieplnej (CSP). Na produkcję energii słonecznej może wpływać pora roku, pora dnia, chmury, kurz, zamglenie lub przeszkody, takie jak cienie, deszcz, śnieg i brud. Czasami magazynowanie energii jest zlokalizowane w pobliżu systemu energii słonecznej lub obok niego, a czasami system magazynowania jest samodzielny, ale w obu konfiguracjach może pomóc w skuteczniejszej integracji energii słonecznej z krajobrazem energetycznym.
Co to jest magazynowanie energii?
„Magazynowanie” odnosi się do technologii, które mogą wychwytywać energię elektryczną, przechowywać ją jako inną formę energii (chemiczną, termiczną, mechaniczną), a następnie uwalniać ją do wykorzystania, gdy jest potrzebna. Baterie litowo-jonowe są jedną z takich technologii. Chociaż magazynowanie energii nigdy nie jest w 100% efektywne – część energii zawsze jest tracona podczas jej przekształcania i odzyskiwania – magazynowanie pozwala na elastyczne wykorzystanie energii w innym czasie niż moment jej wytworzenia. Magazynowanie może więc zwiększyć wydajność i odporność systemu, a także poprawić jakość energii poprzez dopasowanie podaży i popytu.
Magazyny różnią się zarówno pojemnością energetyczną, czyli całkowitą ilością energii, jaką można zmagazynować (najczęściej w kilowatogodzinach lub megawatogodzinach), jak i pojemnością mocy, czyli ilością energii, która może zostać uwolniona w danym czasie ( zwykle w kilowatach lub megawatach). Do zarządzania różnymi zadaniami można wykorzystać różne pojemności energii i mocy magazynów. Magazynowanie krótkoterminowe, trwające zaledwie kilka minut, zapewni płynne działanie elektrowni słonecznej podczas wahań mocy spowodowanych przelatującymi chmurami, natomiast magazynowanie długoterminowe może pomóc w zapewnieniu dostaw przez kilka dni lub tygodni, gdy produkcja energii słonecznej jest niska lub podczas ważnego zdarzenia pogodowego , Na przykład.
Zalety łączenia magazynowania i energii słonecznej
Równoważenie obciążenia energią elektryczną – bez magazynowania energia elektryczna musi być wytwarzana i zużywana w tym samym czasie, co może oznaczać, że operatorzy sieci przejmą część jej wytwarzania w trybie offline lub „ograniczą” ją, aby uniknąć problemów z nadmierną produkcją i niezawodnością sieci. I odwrotnie, mogą zdarzyć się inne okresy, po zachodzie słońca lub w pochmurne dni, kiedy produkcja energii słonecznej jest niewielka, ale zapotrzebowanie na energię jest duże. Wejdź do magazynu, który można zapełnić lub naładować, gdy wytwarzanie jest wysokie, a zużycie energii jest niskie, a następnie zwolnić, gdy obciążenie lub zapotrzebowanie jest wysokie. Jeżeli część energii elektrycznej wytwarzanej przez słońce zostanie magazynowana, będzie można ją wykorzystać w dowolnym momencie, gdy będą jej potrzebować operatorzy sieci, w tym po zachodzie słońca. W ten sposób przechowywanie działa jak polisa ubezpieczeniowa na słońce.
„Utwardzająca” produkcja energii słonecznej – Krótkoterminowe magazynowanie może sprawić, że szybkie zmiany w generacji nie wpłyną znacząco na wydajność elektrowni słonecznej. Na przykład małą baterię można wykorzystać do pokonania krótkiej przerwy w wytwarzaniu spowodowanej przez przechodzącą chmurę, pomagając sieci w utrzymaniu „stabilnego” zasilania energią elektryczną, które jest niezawodne i spójne.
Zapewnianie odporności — energia słoneczna i pamięć masowa mogą zapewnić zasilanie awaryjne w przypadku zakłóceń w dostawie prądu. Mogą utrzymać działanie krytycznych obiektów, aby zapewnić ciągłość podstawowych usług, takich jak łączność. Energię słoneczną i magazynowanie można również wykorzystać w mikrosieciach i zastosowaniach na mniejszą skalę, takich jak mobilne lub przenośne jednostki energetyczne.
Rodzaje magazynowania energii
Najpopularniejszym rodzajem magazynowania energii w sieci energetycznej są elektrownie szczytowo-pompowe. Jednak technologie magazynowania najczęściej łączone z elektrowniami słonecznymi to magazynowanie elektrochemiczne (baterie) w elektrowniach fotowoltaicznych i magazynowanie termiczne (płyny) w elektrowniach CSP. Inne rodzaje magazynowania, takie jak magazynowanie sprężonego powietrza i koła zamachowe, mogą mieć odmienne cechy, takie jak bardzo szybkie rozładowanie lub bardzo duża pojemność, co czyni je atrakcyjnymi dla operatorów sieci. Więcej informacji na temat innych rodzajów przechowywania znajduje się poniżej.
Energia wodna szczytowo-pompowa
Elektrownia szczytowo-pompowa to technologia magazynowania energii oparta na wodzie. Energia elektryczna jest wykorzystywana do pompowania wody pod górę do zbiornika, gdy zapotrzebowanie na energię jest niskie. Później można pozwolić wodzie spłynąć z powrotem w dół i włączyć turbinę, która będzie wytwarzać energię elektryczną, gdy zapotrzebowanie będzie duże. Wody szczytowo-pompowe to dobrze sprawdzona i dojrzała technologia magazynowania stosowana w Stanach Zjednoczonych od 1929 r. Wymaga ona jednak odpowiednich krajobrazów i zbiorników, którymi mogą być naturalne jeziora lub utworzone przez człowieka w wyniku budowy tam, wymagającą długich pozwoleń regulacyjnych, długich terminy realizacji i duży kapitał początkowy. Poza arbitrażem energetycznym, wartość usług elektrowni szczytowo-pompowych w zakresie integracji zmiennych odnawialnych źródeł energii nie jest w pełni wykorzystywana, co może wydłużyć okres zwrotu kosztów. Oto niektóre z powodów, dla których w ostatnim czasie nie budowano elektrowni szczytowo-pompowych, mimo że zainteresowanie wynika z wniosków kierowanych do Federalnej Komisji Regulacji Energetyki o wstępne pozwolenia i licencje.
Magazynowanie elektrochemiczne
Wielu z nas zna baterie elektrochemiczne, takie jak te, które można znaleźć w laptopach i telefonach komórkowych. Kiedy prąd jest doprowadzany do akumulatora, następuje reakcja chemiczna, w wyniku której energia jest magazynowana. Kiedy akumulator się rozładowuje, reakcja chemiczna ulega odwróceniu, co powoduje wytworzenie napięcia pomiędzy dwoma stykami elektrycznymi, powodując wypłynięcie prądu z akumulatora. Najpopularniejszym składem chemicznym ogniw akumulatorowych są akumulatory litowo-jonowe, ale inne popularne opcje obejmują akumulatory ołowiowo-kwasowe, sodowe i niklowe.
Magazynowanie energii cieplnej
Magazynowanie energii cieplnej to rodzina technologii, w których do magazynowania ciepła wykorzystuje się płyn, taki jak woda lub stopiona sól, lub inny materiał. Ten materiał magazynujący ciepło jest następnie przechowywany w izolowanym zbiorniku do czasu, aż energia będzie potrzebna. Energia ta może zostać wykorzystana bezpośrednio do ogrzewania i chłodzenia lub może zostać wykorzystana do wytworzenia energii elektrycznej. W układach magazynowania energii cieplnej przeznaczonych na energię elektryczną ciepło wykorzystywane jest do zagotowania wody. Powstała para napędza turbinę i wytwarza energię elektryczną przy użyciu tego samego sprzętu, który jest używany w konwencjonalnych elektrowniach. Magazynowanie energii cieplnej jest przydatne w instalacjach CSP, które skupiają światło słoneczne na odbiorniku w celu ogrzania płynu roboczego. Bada się nadkrytyczny dwutlenek węgla jako płyn roboczy, który mógłby wykorzystać wyższe temperatury i zmniejszyć wielkość elektrowni.
Przechowywanie koła zamachowego
Koło zamachowe to ciężkie koło przymocowane do obracającego się wału. Wydatkowanie energii może spowodować szybsze obracanie się koła. Energię tę można uzyskać, podłączając koło do generatora elektrycznego, który wykorzystuje elektromagnetyzm do spowalniania koła i wytwarzania energii elektrycznej. Chociaż koła zamachowe mogą szybko zapewnić moc, nie mogą magazynować dużo energii.
Magazynowanie sprężonego powietrza
Systemy magazynowania sprężonego powietrza składają się z dużych zbiorników, takich jak zbiorniki, lub formacji naturalnych, takich jak jaskinie. System sprężarek pompuje naczynia pełne sprężonego powietrza. Następnie powietrze można uwolnić i wykorzystać do napędzania turbiny wytwarzającej energię elektryczną. Istniejące systemy magazynowania energii na sprężone powietrze często wykorzystują uwolnione powietrze w ramach cyklu zasilania gazem ziemnym do produkcji energii elektrycznej.
Paliwa słoneczne
Energię słoneczną można wykorzystać do wytworzenia nowych paliw, które można spalić (spalić) lub wykorzystać w celu dostarczenia energii, skutecznie magazynując energię słoneczną w wiązaniach chemicznych. Wśród możliwych paliw, które badają naukowcy, znajduje się wodór powstający w wyniku oddzielenia go od tlenu w wodzie oraz metan powstający w wyniku połączenia wodoru i dwutlenku węgla. Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, który jest powszechnie wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej lub ogrzewania domów.
Pamięć wirtualna
Energię można również magazynować zmieniając sposób, w jaki korzystamy z urządzeń, które już posiadamy. Na przykład, ogrzewając lub schładzając budynek przed przewidywanym szczytem zapotrzebowania na energię elektryczną, budynek może „magazynować” tę energię cieplną, dzięki czemu nie będzie musiał zużywać energii elektrycznej w dalszej części dnia. Sam budynek pełni funkcję termosu, przechowując chłodne lub ciepłe powietrze. Podobny proces można zastosować w przypadku podgrzewaczy wody, aby rozłożyć zapotrzebowanie w ciągu dnia.
Ostatecznie korzyści mogą odnieść zarówno indywidualni, jak i komercyjni klienci korzystający z energii słonecznej, a także przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i wielcy operatorzy energii słonecznej systemy solarno-magazynowe. W miarę kontynuacji badań i spadku kosztów energii słonecznej i jej magazynowania, rozwiązania związane z energią słoneczną i magazynowaniem staną się bardziej dostępne dla wszystkich Amerykanów.
